在铸造行业“十四五”发展的开局之年，中国铸造协会在第五届中国铸造节上正式向全行业发布了《铸造行业“十四五”发展规划》，《规划》中明确了“智能制造”的发展目标。

智能制造：加快行业信息化建设步伐，形成适用典型铸造工艺和不同产品的智能制造成熟模式，制订智能铸造及成熟度评价系列标准，通过典型数字化车间/智能工厂示范建设，引领行业智能制造快速发展。到2025年，培育200个以上数字化车间/智能工厂。

在铸造行业，安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司的20万吨DN80-300铸管智能车间作为智能制造示范项目，引领着行业智能制造快速发展。今天将对此项目做详细介绍。

智能制造应用案例

安钢集团20万吨DN80-300铸管智能车间

一、企业简介

安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司为河南最大的球墨铸管和铸造生铁及球墨铸造用生铁生产基地。

安钢集团现拥有 450m3高炉两座，3000kW 高炉煤气发电机组 3 套，球墨铸管离心机 11 台，具有年产炼钢生铁、铸造生铁、球墨铸造用生铁 130 万吨；DN80～DN1200 离心球墨铸铁管60 万吨的生产能力。主要产品离心球墨铸铁管采用当今国际先进的工艺技术，严格按照 ISO2531 国际标准化组织生产和检验，能够生产内衬水泥、内衬环氧树脂、内衬陶瓷、外喷环氧树脂、自锚管等多种规格型号的球墨铸铁管。产品具有韧性好、耐腐蚀、易安装的特点，广泛应用于供水、排水等行业。

二、项目背景

面对科技创新发展的新态势，我国提出了“中国制造 2025”的战略，加快实现中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变，完成中国制造由大变强的任务。“中国制造 2025” 的主线是工业化和信息化的融合，以智能制造为主攻方向，促使制造业数字化、网络化和智能化，实现我国“强国梦”。“智能铸造”是在现代传感技术、网络技术、自动化技术、拟人化技术等先进技术的基础上，通过智能感知、分析与决策、智能执行技术，从而扩大、延伸和部分地取代铸造工作者的劳动。智能铸造以数字化、网络化和智能化作为主攻方向，应用建模与数值模拟、物联网、大数据、人工智能、快速铸型制造、智能装备、在线检测等先进技术，实现铸件成形过程的工艺优化，预测铸件组织和性能，从而在最短的时间内制造出高质量的产品。

随着铸造生产伴随着高温、粉尘、噪声、废气等问题，工作环境差、职工劳动强度大，人为因素多、 员工从业愿望差。机器人越来越广泛地应用在浇注、搬运、取件、下芯、清理、码垛等铸造各个工序中。以工业机器人为代表的铸造装备自动化、智能化是铸造企业实现生产成本控制、铸件产品质量提升、铸造企业管理难度降低的重要措施，铸造智能化机器人的关键技术是实现机器人在铸造行业广泛应用，提升我国铸造智能化水平的关键因素，是我国铸造智能化发展的技术策略与突破口。

安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司年产 20 万吨铸管项目在建设之初便全面设计、应用自动化控制与优化技术，提升铸造技术水平，建设数字化、智能化铸造生产线；大量应用在线监测和信息化管理手段；加强自动化在熔炼、浇注、制芯、退火、清理打磨、喷码、打包等工艺中的应用，打造一条数字化、自动化、智能化的铸造生产线。

三、实施方案

DN80～300 铸管智能车间总投资 3.3 亿元，设计生产能力达 20 万吨，自动化、智能化在生产中广泛应用。智能化方面成功运用 MES 系统、中频炉自动加料、离心机自动控制系统、自动吹砂进管、自动打磨、自动内磨、自动喷码、自动打包、全自动制芯中心、旧砂热法再生等，在铸造行业中处于领先地位。

01、MES 系统

MES 以生产数据采集、生产运行过程监视、技术文档管理、产品质量跟踪、能源消耗分析、设备管理与效能分析及丰富的生产报表展示为主线，实现整条生产线的集中控制与管理。车间中频炉、离心机、退火炉、喷锌机、水压机、内衬机、喷码机、打包机、精整设备等生产设备联网。

系统各模块相互集成、相互协调，构成了一个完整的企业 MES 管理系统。

MES技术架构

企业信息化系统主要采用“五级架构”，即一级数字化仪器仪表层，该层为信息化的硬件基础层，提供基本的生产现场数据采集硬件；二级过程控制系统，提供过程控制或数据采集的软件；三级生产执行层，提供各个专业的业务执行系统，四级企业资源计划层，提供企业管理应用；五级决策支持层，提供各种决策支持系统。一二级为车间级操作控制，三级为生产执行，四级为公司级运营管理，五级为公司高层决策或公司间业务管理，

针对以上企业信息化五层架构，结合甲方业务设计特性，本次规划针对三级 MES 及综合管理系统进行设计，并集成二级环网的数据采集部分；其中在三级生产调度模块中，补入五级数据分析、决策功能，方便管理人员进行业务决策。

信息化架构

MES 是以业务管理为基础，以生产过程管控为核心，以生产工艺为主线，以增强指标控制能力、提高生产效率为目标，最终提升企业核心竞争力。该系统涉及生产经营过程中生产、设备、安环、质量、技术、能源、计量、产品、物资等业务，帮助企业完成自身的业务处置。系统实现对物料移动过程如生产、倒运、计量以及质量进行集成化的管理，实现标准化的生产组织和控制。在 MES 的应用下，实现的专业的工厂、车间生产信息化管理方案，帮助企业提高生产效率、增强指标管控能力。针对目前行业的生产管理状况，以及提升企业生产效率和企业竞争力的需求，实施 MES 成为企业实现生产经营目标的关键。

02、中频炉自动加料系统

振动加料车安装于中频炉炉台上，通过安装于天车上的微机配料系统，自动加料，采取计算机模拟方式配料，不同铁料根据配料量大小无极调节配料电压，具有配料准确、配料时间短、不同料种不同的吸料电压、用电量更低等特点。

03、离心机工序

电气系统整机自动化程度高，包括翻包自动闭环系统、主机自动闭环系统、拔管自动闭环系统和总体自动化控制，可以使浇注机的扇形包倾翻的角度、主机行走的速度、位置和拔管机的位置进行精确控制，可实现一键式操作。通过多闭环系统实现从浇注开始至铸管运出全程自动化控制。

①离心机自动闭环控制系统采用内置位移编码器和拉线编码器相结合的方式，分别实现翻包自动闭环控制，主机自动闭环控制和拔管自动闭环系统控制；从而完成从浇包倾翻、主机行走以及拔管机出管的精确控制；

②采用多点高温探头，采集不同位置的铁水数据；

③模粉、孕育剂、芯架、拔管钳系统压力实现数字调整；

④实现离心机各参数的实时采集监视和历史数据的查询；

⑤离心机的每一部分都有它各自的手动、自动转换，每一部分的手动、自动转换都是在人机界面上设定，并且每一部分在人机界面上都有手动的启动、停止按钮。

04、退火炉工序

退火炉由加热段、保温段、缓冷段、急冷段四部分组成，温度控制系统采用一整套 PLC 控制，完成温度、流量、压力、换向的自动控制及物料运输控制，控制系统设有上位机，集中监视、控制整个退火炉的运行，系统设有集中故障报警系统，保证系统的安全性。

05、三磨工序

经离心铸造的球墨铸铁管，承口和插口部位均不同程度存在着粘砂、凹凸、夹渣、毛刺等缺陷，需进行修磨。承口磨削机的功能是自动对承口内腔进行磨削。承口磨削工位由二组主、从动托轮，二组磨削机组成。承口端与挡轮靠牢，承口磨削机小车在电机的驱动下，进入铸管的承口内腔，由高速旋转的砂轮磨去管子承口内壁的废渣。

06、内磨工序

DN80-300 四工位双向水泥衬层内磨机是针对离心球墨铸铁管水泥衬层有浮砂的缺陷，使用的一种水泥内衬层修磨设备，包括输送轨道、对中工位、承口清理和插口倒角工位、步进升降车、内磨工位、气控系统、液压系统和电控设备部分。

内磨工序实现自动控制，管子从运管平板车上拨至内磨机前分管挡拨前，逐根分管至对中工位，步进梁每举升一次管子自动向前滚动一个工位，依次完成对中、承插口倒角、承口清理、空闲工位，步进小车送管至内磨工位、倒水工位，倒水架降到位后管子自动滚至喷漆前无驱动轨道。

07、自动喷码

喷码机具备对 DN80-300mm 铸管管身、承口唛头、插口安装线的自动喷涂功能，设备包括：喷码系统、龙门架及喷头动作装置、电控系统，含举升、定位和旋转装置。

喷码机采用一键式操作，当输送链停且铸管监测信号到位，操作台显示操作允许信号，操作员触发自动喷码按钮，系统锁定输送链禁止启动信号，举升工位进行举升，举升到位后，喷码系统进行自动喷码，喷码结束后，举升工位下降至原位，系统解锁输送链禁止启动信号，操作台显示喷码已完成信号，自动喷码系统流程结束。

08、自动打包机

喷漆线下线铸管经喷码后滚至输送轨道上→挡分管→取管机取管送至 180 度旋转工位→按照操作参数自动识别并掉头→挡分管→对中、拨出→送管机送至轴向输送链→吸管至打包升降台→打包后下线。

自动打包机主要设备有输送轨道、送管机、轴向输送链、取管机、打包机（180 度旋转工位、伸缩轨道、升降台、打包机具等）、电控系统、气动系统等。铸管打包系统由 PLC 控制，自动完成分管、铸管掉头，自动堆垛、自动打包、自动移出、自动加底木和垫木。

09、全自动制芯中心

全自动制芯中频由混砂机、制芯机、浸涂机器人、烘干炉、码垛机器人组成。混砂机根据设定的砂量和树脂混合完成后进入射芯机，射芯机完成制芯工作，芯盒移出到取芯工位；取芯浸涂机器人将砂芯取下模具，将砂芯放置到回转工作台的胎具上面，人工检测砂芯质量，如果有毛刺就人工将毛刺去除；取芯浸涂机器人将砂芯从胎具上取下，浸涂，然后将砂芯放置在胎具上，机器人从砂芯的另一面夹取砂芯，将砂芯大盘向下放置在烘干炉的托盘上面。烘干炉配有砂芯输送系统，由炉内机动辊道和炉外机动辊道、升降辊道，过渡辊道等组成，采用 PLC 控制技术，PLC 与人工智能温控仪表、人机界面系统、变频器等连接进行实时通讯，实现对天然气供给系统、热风循环系统、天然气燃烧系统（自动点火、火焰检测、天然气与助燃风的连续比例调节等）的自动控制，并具备完善的自诊断、自巡检功能，可以对运行状态进行识别并通过人机界面装置进行显示，可以与射芯机进行实时通讯，实现砂芯输送辊道运行的自动连锁控制。烘干后的砂芯经码垛机器人从托盘上取下放入制芯芯框，完成整个制芯过程。

全自动制芯中心系统采用可编程控制器和触摸式人机界面，通过设备上布设的感应开关、行程开关等传感器和气阀、液压阀等执行器来控制射芯机的运行。设备运行时，可编程控制器通过专用接口与人机界面进行实时通讯，及时将设备的运行参数反映给人机界面，并以普通语言、数据及图片等形式显示在屏幕上，告知操作者设备运行的状况、可能的故障原因，并指导设备的调整以排除故障。制芯中心具有自动混砂、自动换模机构、自动吹模、自动喷脱模剂、自动清理射头、自动清理射板功能；自润滑系统、芯盒自动识别、烘干炉热风循环节能系统等自动化功能。

10、旧砂热法再生

通过焙烧，去除回收树脂砂上的树脂薄膜，除尘装置去除烟气里的灰尘，冷却系统将砂温控制在工艺设定范围内，通过前处理系统、热法再生系统、后处理系统、除尘系统、电控系统，实现旧砂破碎、砂粒输送、自动进料、焙烧温度自动调节、冷却温度控制、自动筛分等动能。

四、项目实施效果

20 万吨 DN80-300 铸管智能车间，通过 MES 系统对实现包括订单管理、生产合同管理、质量管理、作业计划管理、生产实际管理、物料管理、仓库管理、发货管理、成本管理。以生产数据采集、生产运行过程监视、技术文档管理、产品质量跟踪、能源消耗分析、设备管理与效能分析及丰富的生产报表展示为主线，实现整条生产线的集中控制与管理。机器人的使用代替了工人从事危险系数高的岗位，工人劳动强度显著下降，节约了人力，且工人作业环境明显提升，达到清洁、绿色、智能化生产。

旧砂回收系统能实现废旧砂芯 100%回收

铸造行业，废旧砂芯产生数量大，堆放不仅占用场地，而且废旧砂芯含有树脂等有害物质，对环境造成污染。旧砂回收系统，通过破碎、焙烧、气力输送等系统，把废旧砂芯进行 100%回收，然后通过气力输送到制芯系统。不仅节约了原砂成本，旧砂也循环再利用，为企业创造效益。

机器人代替人力投入，生产高度智能化

取芯浸涂机器人从砂芯的另一面夹取砂芯，将砂芯大盘向下放置在烘干炉的托盘上面。通过传送装置把砂芯运输到烘干炉烘干。烘干后的砂芯经码垛机器人从托盘上取下放入制芯芯框，完成整个制芯过程。整个过程体力劳动投入少，只需进行产品的参数操作和设备维护，工人劳动强度大大降低。

新增除尘设备、符合绿色铸造要求

混铁炉除尘、中频炉除尘、喷镁球化除尘、离心除尘、退火炉除尘、喷锌除尘、VOC 除尘以及各设备配套除尘。岗位粉尘、噪声符合环保要求，工人的劳动环境较以往有了根本意义上的转变。

采用绿色设计理念、开辟绿色铸造新模式

该项目在行业内无论是智能化还是绿色环保方面在各行业处于领先地位。车间内自动化、智能化设备占全部设备的 95%，车间内自动化、智能化设备联网数占自动化、智能化设备总数的 90%。铸管生产效率机时产量达到 65 支/小时，达到国内先进水平；产品成型率 95%，水压合格率 98%。彻底改变了铸造环境，让75%的工人工作在空调环境下，同时利用先进自动化、智能化装备，80%以上为轻体力劳动，基本摈弃了重体力劳动，打造绿色铸造、智能铸造新模式。

该项目把传统铸造车间转变成为国内外一流的自动化、智能化、绿色高效的铸造车间，与国内铸造同行相比，主要经济、技术指标有了实质性的突破，势必为中国 2.6 万多家铸造企业的转型升级提供借鉴，推动中国铸造业快速转变发展方式。

安钢集团永通球墨铸铁管有限责任公司的20万吨DN80-300铸管智能车间项目的成功实施，在带动行业智能制造发展方面具有重大意义，为铸造行业企业转型升级赋能，推动行业健康发展。